الکتروآکوستیک – میکروفون‌ها

شاخه‌ای از رشته مهندسی آکوستیک است که در آن به طراحی و معرفی تجهیزات الکترونیک نظیر هدفون، میکروفون، بلندگو و سیستم‌های صوتی که در حوزه صدا کاربرد دارند، پرداخته می‌شود. در این مقاله قصد داریم تا به معرفی و بررسی انواع میکروفون‌ها بپردازیم.

میکروفن وسیله‌ای است که مبدل امواج صوتی به سیگنال الکتریکی است. این سیگنال می‌تواند به عنوان یک سیگنال آنالوگ تقویت شود یا ممکن است به یک سیگنال دیجیتال تبدیل شود، که می‌تواند توسط رایانه یا سایر دستگاه‌های صوتی دیجیتال پردازش شود. در حالی‌که همه میکروفون‌ها از عملکرد اصلی یکسانی برخوردار هستند، اما می‌توانند صدا را به چندین روش مختلف تبدیل به سیگنال الکتریکی کنند. بنابراین، چندین نوع میکروفون وجود دارد که سه نوع رایج در زیر شرح داده خواهد شد.

• میکروفون داینامیک

میکروفون‌های داینامیک پرکاربردترین میکروفون‎ها بوده که از طراحی ساده برخوردارند. این طراحی شامل یک آهنربا اسـت که حـول یک سـیم پیچ فلزی پیچیده شـده است. یک ورق نازک به نام دیافـراگم (صفحه‌ای که با برخورد صوت به لرزش در می‌آید) در قسمت جلویی آهنربا قرار گرفته و ارتعاشات را از امواج صوتی به سیم پیچ منتقل می‌کند. سپس سیم‌ پیچ این ارتعاشات را به سیم‌های الکتریکی منتقل کرده تا صدا به صورت سیگنال الکتریکی منتقل شوند. از آن‌جا که این نوع از میکروفون‌ها از طراحی ساده‌ای استفاده می‌کنند، به‌‌طور معمول بسیار با دوام هستند و به برق نیاز ندارند.

 

 

• میکروفون‌ خازنی (استاتیک) – Condenser

میکروفون‌های خازنی به دلیل حساسیت و پاسخ فرکانسی مسطح از دقت بالایی برخوردارند و به همین دلیل معمولاً برای اهداف ضبط صدا در استودیو استفاده می‌شوند. هر میکروفون خازنی شامل یک صفحه جلو (دیافراگم) و یک صفحه پشتی است که به موازات صفحه جلویی است. وقتی امواج صوتی به دیافراگم برخورد می کنند، لرزش ایجاد کرده و فاصله بین دو صفحه را تغییر می‌دهد. این تغییر به صورت سیگنال الکتریکی منتقل می‌شود. برخلاف میکروفون ‌های داینامیکی، کندانسورها به برق نیاز دارند. این جریان ممکن است توسط یک باتری داخلی تأمین و یا در بیشتر اوقات به عنوان “برق فانتوم” 48 ولتی از یک پیش تقویت کننده یا کنسول میکس تأمین شود.

 

 

• میکروفون روبانی – Ribbon

این میکروفون نوعی از میکروفون‌های داینامیک است که از یک ورقه نازک از جنس آلومینیوم یا نانوفیلم به شکل روبان استفاده می‌کند. این ورقه بین قطب‌های آهنربا قرار گرفته و ولتاژهای ناشی از القای الکترومغناطیسی را ایجاد می‌کند. دقت داشته باشید که این نوار نازک از فویل فلزی در مقابل صفحه مغناطیسی معلق است. امواج صوتی باعث لرزش فویل شده و با ایجاد نوساناتی در جریان الکتریکی، سیگنال صوتی را ایجاد می‌کنند.

 

 

میکروفون‌های روبان معمولاً دو طرفه هستند، به این معنی که از دو طرف میکروفون صداها را به یک اندازه خوب می‌گیرند. البته به تأثیرات فیزیکی حساس هستند و بنابراین قابل حمل نبوده و به راحتی می‌توانند در اثر تاثیرات برق آسیب ببینند.

انواع دیگری از میکروفون‌ها بنا به استفاده در محیط با کاربری‌های مختلف بر پایه میکروفون‌های داینامیک و استاتیک نیز تولید شده‌اند که استفاده از آن‌ها محدودتر از سه نوع اصلی یاد شده می‌باشد. برخی از این میکروفون‌ها عبارتند از :چندجهتی، استریوفونیک، Middle side و مرزی.

 

مشخصات فنی میکروفون‌ها

• جهت دهی – Directivity

هر میکروفون دارای الگوی مشخصه‌ی جهتی خاص برای دریافت سیگنال بدون افت و کدر شدن می‌باشد. این الگوها معمولاً به صورت نمودار قطبی نشان داده می‌شوند. برخی از رایج‌ترین الگوها عبارتند از:

1. Cardioid – الگویی به شکل قلب یا لوبیا که صدا را از یک جهت می‌گیرد. معمولاً برای ضبط آواز یا یک ساز استفاده می‌شود.
2. Bidirectional- دو طرفه با الگوی شکلی شبیه به 8 که صدا را از دو جهت جداگانه ضبط می‌کند. ممکن است برای گرفتن صدا از دو منبع مختلف یا ضبط Reverb استفاده شود.
3. Omnidirectional – یک الگوی دایره‌ای شکل که صدا را از همه جهات ضبط می‌کند. اغلب برای ضبط گروه‌هایی از خوانندگان یا اصوات محیط استفاده می‌شود.

 

• پاسخ فرکانسی – Frequency Response

پاسخ فرکانسی مشخص کننده‌ی تراز صدای ورودی و صدای خروجی میکروفون در طیف فرکانسی می‌باشد. پاسخ فرکانسی مهم‌ترین عامل در تعیین امضای صدای میکروفون است. این مشخصه توسط یک منحنی با نام منحنی پاسخ نشان داده شده که دو نوع رایج پاسخ مسطح و پاسخ متناسب را در بر می‌گیرد.

• فشار صوت – SPL

اگر سطح صدای ورودی بیشتر از آستانه میکروفون باشد، موج صوتی تخریب شده و دیگر قابل اصلاح نیست. در واقع موج صوتی دچار اعوجاج (Distortion) می‌شود. SPL میکروفون ترازی است که در آن، سیگنال خروجی دچار اعوجاج می‌شود.

• حساسیت – Sensitivity

حساسیت میکروفون اندازه‌گیری میزان کارایی میکروفون به عنوان مبدل است (چقدر انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند). میزان حساسیت میکروفون با ولتاژ خروجی (قدرت سیگنال صوتی) نسبت به سطح فشار صوتی که تحت آن قرار دارد تعیین می‌شود. حساسیت میکروفن معمولاً با یک موج سینوسی 1 کیلوهرتز در یک سطح فشار صدا 94 دسی بل (SPL) یا 1 پاسکال (Pa) فشار اندازه گیری می‌شود.

به طور معمول در واحدهای لگاریتمی dBV (دسی بل با توجه به 1 ولت) مشخص شده که نشان‌دهنده مقدار ولتاژ سیگنال خروجی برای یک SPL داده شده می‌باشد.حساسیت بیشتر نشان‌دهنده‌ی سیگنال به نویز بیشتر و کیفیت بهتر صدا می‌باشد. میکروفون‌های خازنی دارای بیشترین مقدار حساسیت هستند. این مقدار برابر -65dBV برای میکروفون‌های خازنی و مقدار -75dBV برای میکروفون‌های نواری و داینامیک کوچک مطلوب می‌باشد.

• نسبت سیگنال به نویز – SNR

این نسبت تفاضل سیگنال مرجع از سطح نویز خروجی میکروفون را مشخص می‌کند. هرچه این مقدار بزرگ‌تر باشد با صدای با کیفیت‌تری مواجه خواهیم شد.

• نویز داخلی – Self-noise

این مشخصه از میکروفون مقدار نویزی که خود میکروفون از خود تولید می‌کند را نشان می‌دهد. این مقدار را با EIN که مخخف (Equivalent Input Noise) است، نمایش می‌دهند. هرگه این مقدار کمتر باشد، میکروفون کیفیت سیگنال بهتری خواهد داشت.

 

جمع بندی

امروزه تجهیزات الکترونیکی در حوزه صدا بسیار پرکاردبرد بوده و نقش بسزایی را در تولید موسیقی ایفا می‌کنند. آشنایی با علم الکتروآکوستیک نیز از ضروریات کار در حوزه صدا و موسیقی برای علاقمندان این حیطه می‌باشد. انتخاب ابزارهای مناسب با توجه به مشخصه‌ها و کاربری مورد نظر، باعث بهبود کیفیت و سرعت در فرآِیند تولید و ویرایش موسیقی وصدا خواهد شد. میکروفون‌ها نیز با توجه به عملکرد و مشخصه‌های گفته شده در این مقاله، قابل استفاده برای کاربری‌های متفاوتی نظیر اجرای زنده، ضبط در استودیو، ضبط صدای محیطی و… می‌باشند.